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WO2025087574A1 - Method for a computing device with memristor and adc, and computing device - Google Patents

Method for a computing device with memristor and adc, and computing device Download PDF

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Publication number
WO2025087574A1
WO2025087574A1 PCT/EP2024/068830 EP2024068830W WO2025087574A1 WO 2025087574 A1 WO2025087574 A1 WO 2025087574A1 EP 2024068830 W EP2024068830 W EP 2024068830W WO 2025087574 A1 WO2025087574 A1 WO 2025087574A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transistor
circuit
computing device
operational amplifier
analog
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/EP2024/068830
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German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Grewing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of WO2025087574A1 publication Critical patent/WO2025087574A1/en
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/004Reconfigurable analogue/digital or digital/analogue converters
    • H03M1/007Reconfigurable analogue/digital or digital/analogue converters among different resolutions
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
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    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
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    • G06G7/163Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for multiplication or division using a variable impedance controlled by one of the input signals, variable amplification or transfer function
    • GPHYSICS
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    • H03M1/12Analogue/digital converters

Definitions

  • the invention relates to a method for a computing device having an ohmic resistor for performing a computing operation and an analog-to-digital converter (ADC) for digitizing the result of the computing operation.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the invention relates to an electronic computing device having an ohmic resistor for performing a computing operation and an analog-to-digital converter for digitizing the result of the computing operation.
  • An analog electrical input signal can be applied to a circuit of the electronic computing device, which includes at least one ohmic resistor, for example with the aid of a digital-to-analog converter (DAC).
  • the input signal can be an electrical voltage.
  • an analog electrical output signal can be output by the circuit.
  • Conductance refers to the inverse of the ohmic resistor.
  • the output signal can be an electrical current.
  • the output signal is a measure of the result of a performed arithmetic operation. The result of such arithmetic operation can be digitized using the analog-to-digital converter.
  • the ohmic resistor can be a memristor.
  • the conductance of the memristor can depend on the electrical charge flowing through it.
  • the conductance can also depend on the direction of the electrical current and can increase or decrease depending on the direction.
  • Programming the memristor can be performed, for example, using a digital-to-analog converter.
  • the digital-to-analog converter (DAC) can convert a digital value into an analog value or an analog signal.
  • An analog-to-digital converter can convert an analog signal into a digital value.
  • One characteristic of an analog-to-digital converter is its linearity.
  • linearity refers to the converter's ability to establish a linear relationship between its input signal and the digital output value.
  • a linear conversion means that a change in the input value causes a proportional change in the digital output value.
  • An ideal analog-to-digital converter would have a constant step between the digital values. However, in practice, small deviations can occur.
  • the linearity of an analog-to-digital converter refers to the accuracy with which the analog-to-digital converter maintains the relationship between the analog input signal and the digital output value.
  • analog-to-digital converters with adjustable linearity There are analog-to-digital converters with adjustable linearity. An analog-to-digital converter with adjustable linearity allows you to adjust the degree of linearity to achieve the desired accuracy and deviation.
  • An ADC with adjustable linearity typically has a control that allows for linearity adjustment. This can be a hardware- or software-based configuration option. By adjusting the linearity, the ADC can be tuned to different requirements or environments.
  • Adjustable linearity can be useful for correcting system-inherent nonlinearities or optimizing the signal-to-noise ratio (SNR). Fine-tuning linearity can improve the accuracy and reliability of the ADC to achieve a more precise digital representation of the input signal.
  • the present invention is based on the object of creating a powerful electronic computing device.
  • a method for solving the problem may comprise the features of the first claim.
  • An electronic computing device may comprise the features of the dependent claim for solving the problem.
  • Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
  • the method may include a computing device with a circuit.
  • the circuit may have an ohmic resistor, such as a memristor.
  • the computing device may include an analog-to-digital converter that can convert an output signal generated by the circuit into a digital value. The smallest and largest possible output signals of the circuit can be determined. The analog-to-digital converter can be adapted to the smallest and largest possible output values.
  • a minimum possible input signal can be applied to the circuit.
  • the resulting output signal of the circuit is then determined.
  • the output signal determined in this way is then the minimum possible output signal, i.e., the smallest possible output signal.
  • a maximum possible input signal can be applied to the circuit.
  • the resulting output signal of the circuit is determined. The output signal determined in this way is the maximum possible output signal, i.e., the largest possible output signal.
  • a signal can be an electrical voltage.
  • a first signal can be an electrical voltage that differs from the electrical voltage of a second signal. The electrical voltages are then of different magnitudes.
  • a signal can be an electrical current.
  • a first signal can be an electrical current that differs from the electrical current of a second signal. The electrical currents of the two signals are then of different magnitudes.
  • an electrical voltage can be provided as the input signal.
  • An electrical current can be provided as the output signal.
  • the minimum possible voltage may be the smallest voltage at which the circuit can be operated.
  • the maximum possible voltage may be the largest voltage at which the circuit can be operated.
  • the input signal can be generated, for example, by a digital-to-analog converter.
  • the minimum voltage that can be generated by the digital-to-analog converter can be the minimum possible input signal.
  • the maximum voltage that can be generated by the digital-to-analog converter can be the maximum possible input signal.
  • the circuit with an ohmic resistor can also include a transistor.
  • the circuit can be configured such that a voltage applied, for example, by a digital-to-analog converter is multiplied by the transistor by a value of the ohmic resistor.
  • the output of the digital-to-analog converter can be connected to the gate terminal of the transistor.
  • the ohmic resistor can be connected to the source terminal of the transistor.
  • the result of the multiplication can be read out via the drain terminal of the transistor.
  • Such a circuit is an example of a circuit that can be used to calculate, i.e., to perform a calculation operation.
  • the circuit can have at least two ohmic resistors.
  • the circuit can be configured so that a voltage can be applied to each ohmic resistor as an input signal.
  • the circuit can be configured so that, depending on the conductance of the first ohmic resistor, a first electrical current is generated when a first voltage is applied to the first ohmic resistor.
  • the circuit can be configured so that, depending on the conductance of the second ohmic resistor, a second electrical current is generated when a second voltage is applied to the second ohmic resistor. The same can apply to other ohmic resistors in the circuit.
  • an xth electrical current depends on a conductance of an xth ohmic resistor when an xth voltage is applied to the xth ohmic resistor.
  • the magnitude of the resulting electrical currents depends on the conductances of the ohmic resistors and the applied electrical voltages.
  • the circuit can be configured so that the resulting currents are summed.
  • the output signal can be the sum of these currents.
  • the largest possible output signal can be determined by applying the maximum possible input signal to all ohmic resistors simultaneously.
  • the smallest possible output signal can be determined by applying the minimum possible input signal to each ohmic resistor.
  • the computing device can include an analog-to-digital converter with adjustable linearity.
  • the adjustment of the analog-to-digital converter can consist of adjusting the linearity depending on the determined maximum and minimum output signals.
  • a flash ADC can be operated with a lowest and an highest reference voltage, for example, 0 V and 20 mV, in order to process signals between 0 V and 20 mV.
  • the flash ADC can be operated with a predetermined number of additional intermediate reference voltages, for example, two additional reference voltages provided by voltage dividers. Using comparators, the flash ADC can compare an input signal with its reference voltages. to determine a digital result. Such an ADC can therefore resolve in 5 mV steps.
  • the maximum possible signal was determined to be 16 mV.
  • the upper reference voltage can be reduced from 20 mV to 16 mV.
  • the ADC can now operate in 4 mV steps, thus improving resolution.
  • This type of adjustment can also be performed with other ADCs, such as a SAR ADC.
  • a SAR ADC can process currents between 0 mA and 20 mA. For example, the smallest possible signal was determined to be 4 mV. For example, the largest possible signal was determined to be 20 mV.
  • the lower limit of the SAR ADC can now be adjusted to 4 mA to improve resolution. This can be done by adjusting the corresponding lowest reference voltage of the SAR ADC accordingly.
  • the computing device can be configured so that a constant current can flow for digitizing the output signal, which current can be composed of the current of the output signal and a current coming from the analog-to-digital converter.
  • the current coming from the analog-to-digital converter can flow through a first transistor.
  • the source terminal of the transistor can be connected to the input of the analog-to-digital converter.
  • the transistor can be a PMOSFET.
  • a reference voltage or a bias voltage can be applied to the gate terminal of the transistor. This advantageously allows the output signal to be read out with very low impedance.
  • the output signal can thus be advantageously mapped at the input of the analog-to-digital converter.
  • the constant current can be selected to be equal to the largest possible output signal. For example, if the largest possible output signal is 500 pA, the quiescent current will be 500 pA.
  • the constant current can flow through a second transistor to increase the size of the constant current. large current. This second transistor can also be a PMOSFET.
  • the circuit may include a reference voltage source, an operational amplifier, a memristor, and a transistor.
  • the inputs of the operational amplifier may be connected to the reference voltage source and the transistor in such a way that the operational amplifier can amplify a voltage difference between a voltage provided by the transistor and a voltage provided by the reference voltage source.
  • the output of the operational amplifier may be connected to the transistor in such a way that the electrical resistance of the transistor can be controlled, i.e., adjusted, by the operational amplifier.
  • the memristor may be connected to the transistor in such a way that the voltage provided by the transistor drops across the memristor. A circuit constructed in this way can operate with particular precision.
  • the voltage provided by the circuit's reference voltage source can be adjustable.
  • the reference voltage source can be a digital-to-analog converter.
  • the circuit's transistor can be a field-effect transistor.
  • the drain terminal of the field-effect transistor can be electrically connected to an input of the operational amplifier.
  • One terminal of the memristor can be electrically connected to the drain terminal of the field-effect transistor.
  • the output of the operational amplifier can be electrically connected to the gate terminal of the field-effect transistor.
  • the field-effect transistor can be an NMOS transistor.
  • the drain terminal of the field-effect transistor can be connected to the inverting input of the operational amplifier.
  • the second terminal of the memristor can be connected to ground or connected to ground by a switch.
  • Another memristor and another transistor may be present in the circuit.
  • the output of the operational amplifier may be electrically connected to the gate terminal of the other transistor.
  • the drain terminal of the other transistor may be connected to one input of the operational amplifier.
  • a first electrical terminal of the other memristor may be electrically connected to the drain terminal of the other transistor.
  • Another reference voltage source, another operational amplifier, another memristor and another transistor can be present in the circuit.
  • Inputs of the further operational amplifier can be connected to the further reference voltage source and the further transistor in such a way that the further operational amplifier can amplify a voltage difference between a voltage provided by the further transistor and a voltage provided by the further reference voltage source.
  • the output of the further operational amplifier can be connected to the further transistor in such a way that the electrical resistance of the further transistor can be controlled by the further operational amplifier.
  • a first terminal of the further memristor can be connected to the further transistor in such a way that the voltage provided by the further transistor drops across the further memristor.
  • a readout device can be provided with which a current flowing through the transistor and the further transistor can be read out.
  • the readout device can be a readout device that comprises the analog-to-digital converter.
  • the readout device can be configured to measure and thus read out the current flowing from the source terminal to the drain terminal of the transistors.
  • FIG. 3 Circuit with line-by-line extension
  • FIG. 4 Circuit with reset device
  • Figure 8 Resolution by adjusting the linearity of the ADC from Figure 7.
  • Figure 1 shows an embodiment of a circuit comprising a digital-to-analog converter 1, an operational amplifier 2, a memristor 3, a transistor 4 and a readout device 5.
  • the readout device 5 comprises an analog-to-digital converter, by means of which the output signal of the circuit can be digitized.
  • the transistor 4 is preferably a MOSFET.
  • the transistor 4 is particularly preferably an NMOS transistor.
  • the output of the digital-to-analog converter 1 is connected via an electrical conductor to the one first "+" input of the operational amplifier 2, in particular when the transistor 4 is an NMOS transistor.
  • the other second - The input of the operational amplifier 2 is connected via an electrical conductor to a first terminal of the memristor 3, especially when the transistor 4 is an NMOS transistor.
  • the inverting input is The non-inverting input is represented by "+".
  • the output of operational amplifier 2 is connected to the gate terminal of transistor 4 via an electrical conductor.
  • the drain terminal of transistor 4 is connected to the - input of operational amplifier 2 via an electrical conductor and therefore also to a first electrical terminal of memristor 3.
  • the source terminal of transistor 4 is connected to readout device 5.
  • the second electrical terminal of memristor 3 is connected to ground 6 via an electrical conductor.
  • a digital signal can be transmitted to the digital-to-analog converter 1 via d0 to d1.
  • the digital-to-analog converter 1 converts the digital signal into an analog voltage signal.
  • This analog voltage signal supplies the "+" input of the operational amplifier 2 with an electrical voltage during operation.
  • the drain terminal of transistor 4 supplies the other - Input of operational amplifier 2 during operation with an electrical voltage.
  • the operational amplifier amplifies the difference between the two input voltages and thus supplies the gate terminal of transistor 4 with an electrical voltage.
  • the voltage applied to the gate terminal of transistor 4 regulates the electrical resistance of transistor 4 and thus also the voltage that drops across the memristor and that is present at the - input of operational amplifier 2 during operation. This feedback ensures that the voltage difference between the two inputs of the operational amplifier is regulated to zero.
  • the output voltage of the digital-to-analog converter is then equal to the voltage drop across memristor 3.
  • the resulting electrical signal can be read out at the drain terminal of transistor 4 via a conductor track 7.
  • the circuit shown in Figure 1 allows the voltage drop across memristor 3 to be adjusted very precisely. By using a source-follower transistor circuit as the active element, the current across memristor 3 can be easily detected.
  • the circuit can be used for so-called "tile operations" such as vector multiplication in memory calculations.
  • the circuit can be part of a matrix structure without requiring extensive wiring.
  • Figure 2 illustrates that column-by-column expansion is possible without major wiring effort.
  • the circuit comprises a digital-to-analog converter 1 and an operational amplifier 2.
  • two memristors and two transistors are present.
  • the output of the digital-to-analog converter 1 is connected via an electrical conductor to the first "+" input of the operational amplifier 2.
  • the other second - input of the operational amplifier 2 is electrically connected to a first terminal of the two memristors 3.
  • the output of the operational amplifier 2 is electrically connected to each gate terminal of the two transistors 4.
  • Each drain terminal of the two transistors 4 is electrically connected to the - input of the operational amplifier 2 and to the corresponding first electrical terminal of each memristor 3.
  • the source terminal of each transistor 4 is connected to a readout device 5.
  • the second electrical terminal of each memristor 3 is grounded.
  • the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2 can be arranged one behind the other, as shown in Figure 2.
  • the memristors 3 can be arranged in a first level above the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2, as shown in Figure 2.
  • the transistors 4 can be arranged in a second level, as shown in Figure 2, above the memristors 3.
  • the transistors 4 can be arranged laterally offset from the memristors 3, as shown in Figure 2. Such an arrangement enables a column-wise arrangement of additional memristors 3 and additional transistors 4 with little wiring effort. Further columns can be added, each adding a memristor 3 and a transistor 4.
  • Each column may comprise a readout device 5 to further process the generated signal in digital form.
  • the readout devices 5 may be another, third level, which can be located, for example, above the transistors 4, as shown in Figure 2. However, the third level can also be located, for example, at the lower edge of the circuit, for example, below the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2.
  • Figure 3 shows that rows for addition tasks can be added to the columns in Figure 2 without requiring a great deal of wiring.
  • Each row is constructed as shown in Figure 2.
  • the transistors 4 in a column i.e. the transistors 4 arranged one below the other, are each connected to only one readout device 5. Only one readout device 5 can be present for each column.
  • the electrical currents flowing through two transistors 4 arranged one below the other are added together and read out.
  • the current flowing through a transistor is the result of a multiplication resulting from the voltage of a digital-to-analog converter 1 and a value of a memristor 3.
  • Figure 4 shows a circuit which includes a reset device with which the memristor 3 can be reset.
  • the second output of the memristor 3 is connected to the drain terminal of another transistor 8. If the switch 9 is closed, as shown in Figure 4, the transistor 8 is switched to low resistance via the conductor track 10. The electrical current then flows through the memristor 3 and the transistor 8 via the then closed switch 11 to ground 6.
  • the switches 12, 13, 14, 15 and 16 are then open, as shown in Figure 4.
  • the switches 17, 18 and 19 are then closed, as shown in Figure 4.
  • the circuit shown in Figure 4 then operates in the same way as the circuit shown in Figure 1.
  • switches 12, 13, 14, 15, and 16 are closed. Switches 17, 18, and 19 are opened. Switches 12 to 19 are opened and closed via conductor tracks 20.
  • the gate terminal of transistor 4 is disconnected from the power source. Opening switch 18 disconnects the gate terminal of transistor 4 from the output of operational amplifier 2. Opening switch 17 disconnects the drain terminal of transistor 4 from the output of operational amplifier 2.
  • the source terminal of the additional transistor 8 is separated from ground 6.
  • the source terminal of the additional transistor 8 is connected to a current source 23.
  • the gate terminal of the additional transistor 8 is separated from the conductor track 10. This removes the low-resistance circuit of the additional transistor 8.
  • a current can now flow in the reverse direction through memristor 3. This resets memristor 3. Proper operation of the circuit can be better ensured by such a reset.
  • FIG. 5 shows an example of a readout device 5.
  • the readout device 5 comprises an analog-to-digital converter 24.
  • the analog-to-digital converter 24 can have a track-and-hold circuit that can be located between a transistor 27 and the analog-to-digital converter 24.
  • the readout device can have current sources 25 that can be binary weighted (due to the SAR algorithm).
  • the analog-to-digital converter 24 can have a comparator 26. First, for example, the MSB (“most significant bit”) can be determined by switching a first switch 25 with the aid of the comparator 26. Using a suitably selected second switch 25, a next bit can then be determined with the aid of the comparator, etc.
  • the readout device 5 can have the transistor 27.
  • the readout device 5 can have a current source 28.
  • the current source 28 can be connected to ground 29.
  • the current coming from the analog-to-digital converter 24 can be composed of a current source 28.
  • the current source 28 can comprise a transistor for setting a constant current.
  • the current source 28 can be a variable current source in order to be able to set the constant current.
  • the current coming from the analog-to-digital converter 24 can flow through the first transistor 27 of the readout device 5.
  • the drain terminal of the first transistor 27 can be connected to the input of the analog-to-digital converter 24.
  • the first transistor 27 can be a PMOSFET.
  • a reference voltage V ref can be applied to the gate terminal of the transistor 27.
  • the output signal is fed into the readout device 5 via the electrical conductor 7 and digitized.
  • Figure 6 shows an example of the resolution IRES with which a DAC can resolve a current signal S.
  • the ADC can resolve a signal S with 16 steps.
  • the range that can be resolved lies between the current strength 0 and the current strength I RE F.
  • Figure 7 shows that the external DAC can only generate currents within the loAc-ext range.
  • the linearity of the ADC is now adjusted to this loAc-ext range, as shown in Figure 8. This makes it possible to improve the resolution for the signals S that can be generated by the external DAC.
  • the linearity adjustment is achieved by increasing the smallest reference current of the ADC to IREF-IO and/or decreasing the largest reference current of the ADC to IREF-N.

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Abstract

The invention relates to a method with a computing device which comprises a circuit, wherein the circuit has an ohmic resistor (3), wherein the computing device comprises an analogue-digital converter (24) which can convert an output signal, generated by the circuit, into a digital value, the method comprising the following steps: the smallest possible and the largest possible output signal of the circuit are determined, the analogue-digital converter is adapted to the smallest possible and largest possible output value. The invention also relates to a computing device having a circuit which has an ohmic resistor (3), wherein the computing device comprises an analogue-digital converter (24) which can convert an output signal, generated by the circuit, into a digital value, wherein the analogue-digital converter (24) is adapted to the smallest possible and largest possible output signal of the circuit or can be adapted to the smallest possible and largest possible output signal of the circuit.

Description

Verfahren für ein Rechengerät mit Memristor und ADC sowie Rechengerät Method for a computing device with memristor and ADC and computing device

Beschreibung Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für ein Rechengerät mit einem ohmschen Widerstand für die Durchführung einer Rechenoperation und einem Analog-Digital-Wandler (ADC) für die Digitalisierung des Ergebnisses der Rechenoperation. Die Erfindung betrifft ein elektronisches Rechengerät mit einem ohmschen Widerstand für die Durchführung einer Rechenoperation und einem Analog-Digital-Wandler für die Digitalisierung des Ergebnisses der Rechenoperation. The invention relates to a method for a computing device having an ohmic resistor for performing a computing operation and an analog-to-digital converter (ADC) for digitizing the result of the computing operation. The invention relates to an electronic computing device having an ohmic resistor for performing a computing operation and an analog-to-digital converter for digitizing the result of the computing operation.

An einen Schaltkreis des elektronischen Rechengeräts, der zumindest einen ohmschen Widerstand umfasst, kann beispielsweise mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) ein analoges elektrisches Eingangssignal angelegt werden. Das Eingangssignal kann eine elektrische Spannung sein. In Abhängigkeit von dem Leitwert des ohmschen Widerstands kann von dem Schaltkreis ein analoges elektrisches Ausgangssignal ausgegeben werden. Mit Leitwert ist der Kehrwert des ohmschen Widerstands gemeint. Das Ausgangssignal kann ein elektrischer Strom sein. Das Ausgangssignal ist ein Maß für das Ergebnis einer durchgeführten Rechenoperation. Mit dem Analog-Digital- Wandler kann das Ergebnis einer solchen Rechenoperation digitalisiert werden. An analog electrical input signal can be applied to a circuit of the electronic computing device, which includes at least one ohmic resistor, for example with the aid of a digital-to-analog converter (DAC). The input signal can be an electrical voltage. Depending on the conductance of the ohmic resistor, an analog electrical output signal can be output by the circuit. Conductance refers to the inverse of the ohmic resistor. The output signal can be an electrical current. The output signal is a measure of the result of a performed arithmetic operation. The result of such arithmetic operation can be digitized using the analog-to-digital converter.

Der ohmsche Widerstand kann ein Memristor sein. Der Leitwert des Memristors kann von der elektrischen Ladung abhängen, die durch den Memristor hindurchfließt. Der Leitwert kann außerdem von der Richtung des elektrischen Stroms abhängen und in Abhängigkeit von der Richtung größer oder kleiner werden. Der Leitwert des Memristors kann daher eingestellt und folglich auch programmiert werden. Eine Programmierung des Memristors kann beispielsweise mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers durchgeführt werden. Der Digital-Analog-Wandler (DAC) kann einen digitalen Wert in einen analogen Wert bzw. ein analoges Signal umwandeln. The ohmic resistor can be a memristor. The conductance of the memristor can depend on the electrical charge flowing through it. The conductance can also depend on the direction of the electrical current and can increase or decrease depending on the direction. The conductance of the memristor can therefore be adjusted and, consequently, programmed. Programming the memristor can be performed, for example, using a digital-to-analog converter. The digital-to-analog converter (DAC) can convert a digital value into an analog value or an analog signal.

Ein Analog-Digital-Wandler kann ein analoges Signal in einen digitalen Wert umwandeln. Eine Kenngröße eines Analog-Digital-Wandlers ist seine Linearität. Bei einem Analog- Digital-Wandler bezieht sich der Begriff "Linearität" auf die Fähigkeit des Wandlers, eine lineare Beziehung zwischen seinem Eingangssignal und dem digitalen Ausgangswert herzustellen. Eine lineare Wandlung bedeutet, dass eine Änderung des Eingangswerts eine proportionale Änderung im digitalen Ausgangswert verursacht. Ein idealer Analog-Digital-Wandler würde einen konstanten Schritt zwischen den digitalen Werten haben. In der Praxis kann es jedoch zu kleinen Abweichungen kommen. Die Linearität eines Analog-Digital-Wandlers bezieht sich also auf die Genauigkeit, mit der der Analog-Digital-Wandler das Verhältnis zwischen dem analogen Eingangssignal und dem digitalen Ausgangswert beibehält. An analog-to-digital converter can convert an analog signal into a digital value. One characteristic of an analog-to-digital converter is its linearity. In an analog-to-digital converter, the term "linearity" refers to the converter's ability to establish a linear relationship between its input signal and the digital output value. A linear conversion means that a change in the input value causes a proportional change in the digital output value. An ideal analog-to-digital converter would have a constant step between the digital values. However, in practice, small deviations can occur. The linearity of an analog-to-digital converter refers to the accuracy with which the analog-to-digital converter maintains the relationship between the analog input signal and the digital output value.

Es gibt Analog-Digital-Wandler mit einstellbarer Linearität. Ein Analog-Digital-Wandler mit einstellbarer Linearität ermöglicht es, den Grad der Linearität einzustellen, um die Genauigkeit und die gewünschte Abweichung zu erreichen. There are analog-to-digital converters with adjustable linearity. An analog-to-digital converter with adjustable linearity allows you to adjust the degree of linearity to achieve the desired accuracy and deviation.

Bei einem ADC mit einstellbarer Linearität gibt es in der Regel ein Steuerelement, das die Linearitätseinstellung ermöglicht. Dies kann eine Hardware- oder Software-basierte Konfigurationsoption sein. Durch die Anpassung der Linearität kann der ADC auf verschiedene Anforderungen oder Umgebungen abgestimmt werden. An ADC with adjustable linearity typically has a control that allows for linearity adjustment. This can be a hardware- or software-based configuration option. By adjusting the linearity, the ADC can be tuned to different requirements or environments.

Die einstellbare Linearität kann nützlich sein, um systembedingte Nichtlinearitäten zu korrigieren oder das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu optimieren. Durch Feinabstimmung der Linearität kann die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit des ADCs verbessert werden, um eine präzisere digitale Darstellung des Eingangssignals zu erzielen. Adjustable linearity can be useful for correcting system-inherent nonlinearities or optimizing the signal-to-noise ratio (SNR). Fine-tuning linearity can improve the accuracy and reliability of the ADC to achieve a more precise digital representation of the input signal.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leistungsfähiges elektronisches Rechengerät zu schaffen. The present invention is based on the object of creating a powerful electronic computing device.

Ein Verfahren kann zur Lösung der Aufgabe kann die Merkmale des ersten Anspruchs umfassen. Ein elektronisches Rechengerät kann zur Lösung der Aufgabe die Merkmale des Nebenanspruchs umfassen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. A method for solving the problem may comprise the features of the first claim. An electronic computing device may comprise the features of the dependent claim for solving the problem. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Das Verfahren kann ein Rechengerät mit einem Schaltkreis umfassen. Der Schaltkreis kann einen ohmschen Widerstand aufweisen, so zum Beispiel einen Memristor. Das Rechengerät kann einen Analog-Digital-Wandler umfassen, der ein durch den Schaltkreis erzeugtes Ausgangssignal in einen digitalen Wert umwandeln kann. Es kann das kleinstmögliche und das größtmögliche Ausgangssignal des Schaltkreises ermittelt werden. Der Analog-Digital-Wandler kann an den kleinstmöglichen und den größtmöglichen Ausgangswert angepasst werden. An den Schaltkreis kann für die Ermittlung des kleinstmöglichen Ausgangssignals ein minimal mögliches Eingangssignal angelegt werden. Es wird das daraus resultierende Ausgangssignal des Schaltkreises ermittelt. Das so ermittelte Ausgangssignal ist dann das minimal mögliche Ausgangssignal, also das kleinstmögliche Ausgangssignal. An den Schaltkreis kann ein maximal mögliches Eingangssignal angelegt. Es wird das daraus resultierende Ausgangssignal des Schaltkreises ermittelt. Das so ermittelte Ausgangssignal ist das maximal mögliche Ausgangssignal, also das größtmögliche Ausgangssignal. The method may include a computing device with a circuit. The circuit may have an ohmic resistor, such as a memristor. The computing device may include an analog-to-digital converter that can convert an output signal generated by the circuit into a digital value. The smallest and largest possible output signals of the circuit can be determined. The analog-to-digital converter can be adapted to the smallest and largest possible output values. To determine the smallest possible output signal, a minimum possible input signal can be applied to the circuit. The resulting output signal of the circuit is then determined. The output signal determined in this way is then the minimum possible output signal, i.e., the smallest possible output signal. A maximum possible input signal can be applied to the circuit. The resulting output signal of the circuit is determined. The output signal determined in this way is the maximum possible output signal, i.e., the largest possible output signal.

Ein Signal kann eine elektrische Spannung sein. Ein erstes Signal kann eine elektrische Spannung sein, die sich von der elektrischen Spannung eines zweiten Signals unterscheidet. Die elektrischen Spannungen sind dann unterschiedlich groß. Ein Signal kann ein elektrischer Strom sein. Ein erstes Signal kann ein elektrischer Strom sein, der sich von dem elektrischen Strom eines zweiten Signals unterscheidet. Die elektrischen Ströme der beiden Signale sind dann unterschiedlich groß. A signal can be an electrical voltage. A first signal can be an electrical voltage that differs from the electrical voltage of a second signal. The electrical voltages are then of different magnitudes. A signal can be an electrical current. A first signal can be an electrical current that differs from the electrical current of a second signal. The electrical currents of the two signals are then of different magnitudes.

Beispielsweise kann als Eingangssignal eine elektrische Spannung vorgesehen sein. Als Ausgangssignal kann beispielsweise ein elektrischer Strom vorgesehen sein. For example, an electrical voltage can be provided as the input signal. An electrical current can be provided as the output signal.

Ist das Eingangssignal beispielsweise eine elektrische Spannung, dann kann die minimal mögliche Spannung die kleinste Spannung sein, mit der der Schaltkreis betrieben werden kann. Die maximal mögliche Spannung kann die größte Spannung sein, mit der der Schaltkreis betrieben werden kann. For example, if the input signal is an electrical voltage, the minimum possible voltage may be the smallest voltage at which the circuit can be operated. The maximum possible voltage may be the largest voltage at which the circuit can be operated.

Das Eingangssignal kann beispielsweise durch einen Digital-Analog-Wandler erzeugt werden. Die minimale Spannung, die durch den Digital-Analog-Wandler erzeugt werden kann, kann das minimal mögliche Eingangssignal sein. Die maximale Spannung, die durch den Digital-Analog-Wandler erzeugt werden kann, kann das maximal mögliche Eingangssignal sein. The input signal can be generated, for example, by a digital-to-analog converter. The minimum voltage that can be generated by the digital-to-analog converter can be the minimum possible input signal. The maximum voltage that can be generated by the digital-to-analog converter can be the maximum possible input signal.

Der Schaltkreis mit einem ohmschen Widerstand kann zusätzlich einen Transistor aufweisen. Der Schaltkreis kann so beschaffen sein, dass eine beispielsweise von einem Digital-Analog-Wandler angelegte Spannung durch den Transistor mit einem Wert des ohmschen Widerstands multipliziert wird. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers kann mit dem Gate-Anschluss des Transistors verbunden sein. Der ohmsche Widerstand kann mit dem Source-Anschluss des Transistors verbunden sein. Über den Drain-Anschluss des Transistors kann das Ergebnis der Multiplikation ausgelesen werden. Ein solcher Schaltkreis ist ein Beispiel für einen Schaltkreis, mit dem gerechnet werden kann, also eine Rechenoperation durchgeführt werden kann. The circuit with an ohmic resistor can also include a transistor. The circuit can be configured such that a voltage applied, for example, by a digital-to-analog converter is multiplied by the transistor by a value of the ohmic resistor. The output of the digital-to-analog converter can be connected to the gate terminal of the transistor. The ohmic resistor can be connected to the source terminal of the transistor. The result of the multiplication can be read out via the drain terminal of the transistor. Such a circuit is an example of a circuit that can be used to calculate, i.e., to perform a calculation operation.

Der Schaltkreis kann wenigstens zwei ohmsche Widerstände aufweisen. Der Schaltkreis kann so eingerichtet sein, dass an jedem ohmschen Widerstand eine Spannung als Eingangssignal angelegt werden kann. Der Schaltkreis kann so eingerichtet sein, dass in Abhängigkeit von dem Leitwert des ersten ohmschen Widerstands ein erster elektrischer Strom entsteht, wenn an den ersten ohmschen Widerstand eine erste Spannung angelegt wird. Der Schaltkreis kann so eingerichtet sein, dass in Abhängigkeit von dem Leitwert des zweiten ohmschen Widerstands ein zweiter elektrischer Strom entsteht, wenn an den zweiten ohmschen Widerstand eine zweite Spannung angelegt wird. Entsprechendes kann für weitere ohmsche Widerstände des Schaltkreises gelten. Allgemein gilt dann also, dass ein x-ter elektrischer Strom von einem Leitwert eines x- ten ohmschen Widerstands abhängt, wenn an den x-ten ohmschen Widerstand eine x- te Spannung angelegt wird. Die Größe der so entstehenden elektrischen Ströme hängen von den Leitwerten der ohmschen Widerstände sowie den angelegten elektrischen Spannungen ab. Der Schaltkreis kann so eingerichtet sein, dass die entstehenden Ströme summiert werden. Das Ausgangssignal kann die Summe dieser Ströme sein. The circuit can have at least two ohmic resistors. The circuit can be configured so that a voltage can be applied to each ohmic resistor as an input signal. The circuit can be configured so that, depending on the conductance of the first ohmic resistor, a first electrical current is generated when a first voltage is applied to the first ohmic resistor. The circuit can be configured so that, depending on the conductance of the second ohmic resistor, a second electrical current is generated when a second voltage is applied to the second ohmic resistor. The same can apply to other ohmic resistors in the circuit. In general, then, an xth electrical current depends on a conductance of an xth ohmic resistor when an xth voltage is applied to the xth ohmic resistor. The magnitude of the resulting electrical currents depends on the conductances of the ohmic resistors and the applied electrical voltages. The circuit can be configured so that the resulting currents are summed. The output signal can be the sum of these currents.

Bei einem solchen Schaltkreis kann das größtmögliche Ausgangssignal ermittelt werden, indem an sämtlichen ohmschen Widerständen das jeweils maximal mögliche Eingangssignal zeitgleich angelegt wird. Bei einem solchen Schaltkreis kann das kleinstmögliche Ausgangssignal ermittelt werden, indem an jeden ohmschen Widerstand das minimal mögliche Eingangssignal angelegt wird. In such a circuit, the largest possible output signal can be determined by applying the maximum possible input signal to all ohmic resistors simultaneously. In such a circuit, the smallest possible output signal can be determined by applying the minimum possible input signal to each ohmic resistor.

Das Rechengerät kann einen Analog-Digital-Wandler mit einstellbarer Linearität umfassen. Die Anpassung des Analog-Digital-Wandlers kann darin bestehen, dass in Abhängigkeit von dem ermittelten größtmöglichen und kleinstmöglichen Ausgangssignals die Linearität angepasst wird. Es können beispielsweise bei einem Flash-ADC seine Referenzspannungen angepasst werden. Ein Flash-ADC kann mit einer untersten und einer obersten Referenzspannung betrieben werden, so zum Beispiel 0 V und 20 mV, um Signale zwischen 0 V und 20 mV verarbeiten zu können. Außerdem kann der Flash ADC mit einer vorgegebenen weiteren Anzahl an dazwischenliegenden Referenzspannungen betrieben werden, so zum Beispiel zwei weitere, durch Spannungsteiler bereitgestellte Referenzspannungen. Mithilfe von Komparatoren kann der Flash-ADC ein Eingangssignal mit seinen Referenzspannungen vergleichen, um so ein digitales Ergebnis zu ermitteln. Ein solcher ADC kann also in 5 mV Schritten auflösen. The computing device can include an analog-to-digital converter with adjustable linearity. The adjustment of the analog-to-digital converter can consist of adjusting the linearity depending on the determined maximum and minimum output signals. For example, in the case of a flash ADC, its reference voltages can be adjusted. A flash ADC can be operated with a lowest and an highest reference voltage, for example, 0 V and 20 mV, in order to process signals between 0 V and 20 mV. Furthermore, the flash ADC can be operated with a predetermined number of additional intermediate reference voltages, for example, two additional reference voltages provided by voltage dividers. Using comparators, the flash ADC can compare an input signal with its reference voltages. to determine a digital result. Such an ADC can therefore resolve in 5 mV steps.

Beispielsweise wurden als größtmögliches Signal 16 mV ermittelt. Die oberste Referenzspannung kann von 20 mV auf 16 mV gesenkt werden. Der ADC kann nun in 4 mV Schritten und damit verbessert auflösen. For example, the maximum possible signal was determined to be 16 mV. The upper reference voltage can be reduced from 20 mV to 16 mV. The ADC can now operate in 4 mV steps, thus improving resolution.

Diese Art der Anpassung kann auf mit anderen ADCs durchgeführt werden, so zum Beispiel bei einem SAR ADC. This type of adjustment can also be performed with other ADCs, such as a SAR ADC.

Dies gilt auch für den Fall, dass zu digitalisierende Signale in Form von elektrischen Strömen vorliegen. Beispielsweise kann ein SAR-ADC Ströme verarbeiten, die zwischen 0 mA und 20 mA liegen. Beispielsweise wurden als kleinstmögliches Signal 4 mV ermittelt. Beispielsweise wurden als größtmögliches Signal 20 mV ermittelt. Die unterste Grenze des SAR ADCs kann nun an den Wert von 4 mA angepasst werden, um so die Auflösung zu verbessern. Dies kann geschehen, indem eine entsprechende unterste Referenzspannung des SAR ADCs entsprechend angepasst wird. This also applies when the signals to be digitized are in the form of electrical currents. For example, a SAR ADC can process currents between 0 mA and 20 mA. For example, the smallest possible signal was determined to be 4 mV. For example, the largest possible signal was determined to be 20 mV. The lower limit of the SAR ADC can now be adjusted to 4 mA to improve resolution. This can be done by adjusting the corresponding lowest reference voltage of the SAR ADC accordingly.

Ist die Linearität angepasst und im Anschluss daran ein Signal durch den ADC digitalisiert worden, dann kann erneut eine unterste und eine oberste Grenze für den gleichen ADC ermittelt und die Linearität angepasst werden, um mit noch besserer Auflösung messen zu können. Once the linearity has been adjusted and a signal has subsequently been digitized by the ADC, a lower and an upper limit for the same ADC can be determined again and the linearity can be adjusted in order to be able to measure with even better resolution.

Das Rechengerät kann so eingerichtet sein, dass für die Digitalisierung des Ausgangssignals ein konstant großer Strom fließen kann, der aus dem Strom des Ausgangssignals und einem vom Analog-Digital-Wandler kommenden Strom zusammengesetzt sein. Der vom Analog-Digital-Wandler kommende Strom kann durch einen ersten Transistor hindurchfließen. Der Source-Anschluss des Transistors kann mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers verbunden sein. Der Transistor kann ein PMOSFET sein. An dem Gate-Anschluss des Transistors kann eine Referenzspannung bzw. eine BIAS-Spannung anliegen. Es kann so vorteilhaft das Ausgangssignal sehr niederohmig ausgelesen werden. Das Ausgangssignal kann so beim Eingang des Analog-Digital-Wandlers in vorteilhafter weise abgebildet werden. The computing device can be configured so that a constant current can flow for digitizing the output signal, which current can be composed of the current of the output signal and a current coming from the analog-to-digital converter. The current coming from the analog-to-digital converter can flow through a first transistor. The source terminal of the transistor can be connected to the input of the analog-to-digital converter. The transistor can be a PMOSFET. A reference voltage or a bias voltage can be applied to the gate terminal of the transistor. This advantageously allows the output signal to be read out with very low impedance. The output signal can thus be advantageously mapped at the input of the analog-to-digital converter.

Der konstant große Strom kann so ausgewählt worden sein, dass dieser gleich groß wie das größtmögliche Ausgangssignal ist. Beträgt das größtmögliche Ausgangssignal beispielsweise 500 pA, so ist dann der Ruhestrom 500 pA groß. Der konstant große Strom kann durch einen zweiten Transistor hindurchfließen, um die Größe des konstant großen Stroms einstellen zu können. Auch dieser zweite Transistor kann ein PMOSFET sein. The constant current can be selected to be equal to the largest possible output signal. For example, if the largest possible output signal is 500 pA, the quiescent current will be 500 pA. The constant current can flow through a second transistor to increase the size of the constant current. large current. This second transistor can also be a PMOSFET.

Der Schaltkreis kann eine Referenzspannungsquelle, einen Operationsverstärker, einen Memristor und einen Transistor umfassen. Die Eingänge des Operationsverstärkers können so mit der Referenzspannungsquelle und dem Transistor verbunden sein, dass der Operationsverstärker eine Spannungsdifferenz zwischen einer durch den Transistor bereitgestellten Spannung und einer durch die Referenzspannungsquelle bereitgestellten Spannung verstärken kann. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann so mit dem Transistor verbunden sein, dass durch den Operationsverstärker der elektrische Widerstand des Transistors gesteuert, also eingestellt, werden kann. Der Memristor kann so mit dem Transistor verbunden sein, dass die vom Transistor bereitgestellte Spannung am Memristor abfällt. Ein so gebauter Schaltkreis kann besonders genau arbeiten. The circuit may include a reference voltage source, an operational amplifier, a memristor, and a transistor. The inputs of the operational amplifier may be connected to the reference voltage source and the transistor in such a way that the operational amplifier can amplify a voltage difference between a voltage provided by the transistor and a voltage provided by the reference voltage source. The output of the operational amplifier may be connected to the transistor in such a way that the electrical resistance of the transistor can be controlled, i.e., adjusted, by the operational amplifier. The memristor may be connected to the transistor in such a way that the voltage provided by the transistor drops across the memristor. A circuit constructed in this way can operate with particular precision.

Die Spannung, die durch die Referenzspannungsquelle des Schaltkreises bereitgestellt werden kann, kann einstellbar sein. Die Referenzspannungsquelle kann ein Digital- Analog-Wandler sein. Der Transistor des Schaltkreises kann ein Feldeffekttransistor sein. Der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors kann mit einem Eingang des Operationsverstärkers elektrisch leitend verbunden sein. Ein Anschluss des Memristors kann mit dem Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann mit dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors elektrisch leitend verbunden sein. Der Feldeffekttransistor kann ein NMOS Transistor sein. Der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors kann mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden sein. Der zweite Anschluss des Memristors kann mit Erde verbunden sein oder durch einen Schalter mit Erde verbunden werden. The voltage provided by the circuit's reference voltage source can be adjustable. The reference voltage source can be a digital-to-analog converter. The circuit's transistor can be a field-effect transistor. The drain terminal of the field-effect transistor can be electrically connected to an input of the operational amplifier. One terminal of the memristor can be electrically connected to the drain terminal of the field-effect transistor. The output of the operational amplifier can be electrically connected to the gate terminal of the field-effect transistor. The field-effect transistor can be an NMOS transistor. The drain terminal of the field-effect transistor can be connected to the inverting input of the operational amplifier. The second terminal of the memristor can be connected to ground or connected to ground by a switch.

Ein weiterer Memristor und ein weiterer Transistor können beim Schaltkreis vorhanden sein. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann mit dem Gate-Anschluss des weiteren Transistors elektrisch verbunden sein. Der Drain-Anschluss des weiteren Transistors mit dem einem Eingang des Operationsverstärkers verbunden sein. Ein erster elektrischer Anschluss des weiteren Memristors kann elektrisch mit dem Drain - Anschluss des weiteren Transistors verbunden sein. Another memristor and another transistor may be present in the circuit. The output of the operational amplifier may be electrically connected to the gate terminal of the other transistor. The drain terminal of the other transistor may be connected to one input of the operational amplifier. A first electrical terminal of the other memristor may be electrically connected to the drain terminal of the other transistor.

Eine weitere Referenzspannungsquelle, ein weiterer Operationsverstärker, ein weiterer Memristor und ein weiterer Transistor können beim Schaltkreis vorhanden sein. Die Eingänge des weiteren Operationsverstärkers können so mit der weiteren Referenzspannungsquelle und dem weiteren Transistor verbunden sein, dass der weitere Operationsverstärker eine Spannungsdifferenz zwischen einer durch den weiteren Transistor bereitgestellten Spannung und einer durch die weitere Referenzspannungsquelle bereitgestellte Spannung verstärken kann. Der Ausgang des weiteren Operationsverstärkers kann so mit dem weiteren Transistor verbunden sein, dass durch den weiteren Operationsverstärker der elektrische Widerstand des weiteren Transistors gesteuert werden kann. Ein erster Anschluss des weiteren Memristors kann so mit dem weiteren Transistor verbunden sein, dass die vom weiteren Transistor bereitgestellte Spannung am weiteren Memristor abfällt. Eine Ausleseeinrichtung kann vorhanden sein, mit der ein Strom ausgelesen werden kann, der durch den Transistor und den weiteren Transistor fließt. Die Ausleseeinrichtung kann eine Ausleseeinrichtung sein, die den Analog-Digital-Wandler umfasst. Another reference voltage source, another operational amplifier, another memristor and another transistor can be present in the circuit. Inputs of the further operational amplifier can be connected to the further reference voltage source and the further transistor in such a way that the further operational amplifier can amplify a voltage difference between a voltage provided by the further transistor and a voltage provided by the further reference voltage source. The output of the further operational amplifier can be connected to the further transistor in such a way that the electrical resistance of the further transistor can be controlled by the further operational amplifier. A first terminal of the further memristor can be connected to the further transistor in such a way that the voltage provided by the further transistor drops across the further memristor. A readout device can be provided with which a current flowing through the transistor and the further transistor can be read out. The readout device can be a readout device that comprises the analog-to-digital converter.

Die Ausleseeinrichtung kann so eingerichtet sein, dass der Strom gemessen und damit ausgelesen wird, der vom Source - Anschluss zum Drain - Anschluss der Transistoren fließt. The readout device can be configured to measure and thus read out the current flowing from the source terminal to the drain terminal of the transistors.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren beispielhaft näher erläutert. The invention is explained in more detail below using figures as examples.

Es zeigen: They show:

Figur 1 : Schaltkreis; Figure 1 : Circuit;

Figur 2: Schaltkreises mit spaltenweiser Erweiterung; Figure 2: Circuit with column-wise expansion;

Figur 3: Schaltkreises mit zeilenweiser Erweiterung; Figure 3: Circuit with line-by-line extension;

Figur 4: Schaltkreis mit Reset - Einrichtung; Figure 4: Circuit with reset device;

Figur 5: Ausleseeinrichtung; Figure 5: Reading device;

Figur 6: Auflösung ADO; Figure 6: Resolution ADO;

Figur 7: Signalbereich des externen DACs; Figure 7: Signal range of the external DAC;

Figur 8: Auflösung durch Anpassung der Linearität des ADCs aus Figur 7. Figure 8: Resolution by adjusting the linearity of the ADC from Figure 7.

In der Figur 1 wird ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung mit einem Digital-Analog- Wandler 1 , einem Operationsverstärker 2, einem Memristor 3, einem Transistor 4 und einer Ausleseeinrichtung 5 gezeigt. Die Ausleseeinrichtung 5 umfasst einen Analog- Digital-Wandler, durch den das Ausgangssignal der Schaltung digitalisiert werden kann. Der T ransistor 4 ist vorzugsweise ein MOSFET. Der T ransistor 4 ist besonders bevorzugt ein NMOS Transistor. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 1 ist über eine elektrische Leiterbahn mit dem einen ersten , ,+“ - Eingang des Operationsverstärkers 2 verbunden, und zwar insbesondere dann, wenn der Transistor 4 ein NMOS Transistor ist. Der andere zweite

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- Eingang des Operationsverstärkers 2 ist über eine elektrische Leiterbahn mit einem ersten Anschluss des Memristors 3 verbunden, und zwar insbesondere dann, wenn der Transistor 4 ein NMOS Transistor ist. Der invertierende Eingang wird durch
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dargestellt. Der nichtinvertierende Eingang wird durch „+“ dargestellt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 2 ist über eine elektrische Leiterbahn mit dem Gate-Anschluss des Transistors 4 verbunden. Der Drain-Anschluss des Transistors 4 ist über eine elektrische Leiterbahn mit dem - Eingang des Operationsverstärkers 2 und daher auch mit einem ersten elektrischen Anschluss des Memristors 3 verbunden. Der Source-Anschluss des Transistors 4 ist mit der Ausleseeinrichtung 5 verbunden. Der zweite elektrische Anschluss des Memristors 3 ist über eine elektrische Leiterbahn mit Erde 6 verbunden. Figure 1 shows an embodiment of a circuit comprising a digital-to-analog converter 1, an operational amplifier 2, a memristor 3, a transistor 4 and a readout device 5. The readout device 5 comprises an analog-to-digital converter, by means of which the output signal of the circuit can be digitized. The transistor 4 is preferably a MOSFET. The transistor 4 is particularly preferably an NMOS transistor. The output of the digital-to-analog converter 1 is connected via an electrical conductor to the one first "+" input of the operational amplifier 2, in particular when the transistor 4 is an NMOS transistor. The other second
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- The input of the operational amplifier 2 is connected via an electrical conductor to a first terminal of the memristor 3, especially when the transistor 4 is an NMOS transistor. The inverting input is
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The non-inverting input is represented by "+". The output of operational amplifier 2 is connected to the gate terminal of transistor 4 via an electrical conductor. The drain terminal of transistor 4 is connected to the - input of operational amplifier 2 via an electrical conductor and therefore also to a first electrical terminal of memristor 3. The source terminal of transistor 4 is connected to readout device 5. The second electrical terminal of memristor 3 is connected to ground 6 via an electrical conductor.

Über dO bis d1 kann ein digitales Signal an den Digital-Analog-Wandler 1 übermittelt werden. Der Digital-Analog-Wandler 1 wandelt das digitale Signal in ein analoges Spannungssignal um. Dieses analoge Spannungssignal versorgt den „+“ - Eingang des Operationsverstärkers 2 während des Betriebs mit einer elektrischen Spannung. Der Drain-Anschluss des Transistors 4 versorgt den anderen

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- Eingang des Operationsverstärkers 2 während des Betriebs mit einer elektrischen Spannung. Der Operationsverstärker verstärkt die Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen und versorgt so den Gate-Anschluss des Transistors 4 mit einer elektrischen Spannung. Über die am Gate-Anschluss des Transistors 4 anliegende Spannung wird der elektrische Widerstand des Transistors 4 geregelt und damit auch die Spannung, die über den Memristor abfällt und die am
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- Eingang des Operationsverstärkers 2 während des Betriebs anliegt. Durch diese Rückkopplung wird erreicht, dass die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Eingängen des Operationsverstärkers auf null geregelt wird. Die Ausgangsspannung des Digital-Analogwandlers ist dann gleich der Spannung, die am Memristor 3 abfällt. Es kann das dadurch entstandene elektrische Signal am Drain-Anschluss des Transistors 4 über eine Leiterbahn 7 ausgelesen werden. Durch den in der Figur 1 gezeigten Schaltkreis kann die Spannung, die am Memristor 3 abfällt, sehr genau eingestellt werden. Durch die Verwendung einer Source-Folge- Transistorschaltung als aktives Element kann der Strom am Memristor 3 leicht erfasst werden. Der Schaltkreis kann für sogenannte „tile operation“ wie Vektormultiplikation in der Speicherberechnung verwendet werden. Der Schaltkreis kann Teil einer Matrixstruktur sein, ohne dafür einen großen Verdrahtungsaufwand betreiben zu müssen. A digital signal can be transmitted to the digital-to-analog converter 1 via d0 to d1. The digital-to-analog converter 1 converts the digital signal into an analog voltage signal. This analog voltage signal supplies the "+" input of the operational amplifier 2 with an electrical voltage during operation. The drain terminal of transistor 4 supplies the other
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- Input of operational amplifier 2 during operation with an electrical voltage. The operational amplifier amplifies the difference between the two input voltages and thus supplies the gate terminal of transistor 4 with an electrical voltage. The voltage applied to the gate terminal of transistor 4 regulates the electrical resistance of transistor 4 and thus also the voltage that drops across the memristor and that is present at the
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- input of operational amplifier 2 during operation. This feedback ensures that the voltage difference between the two inputs of the operational amplifier is regulated to zero. The output voltage of the digital-to-analog converter is then equal to the voltage drop across memristor 3. The resulting electrical signal can be read out at the drain terminal of transistor 4 via a conductor track 7. The circuit shown in Figure 1 allows the voltage drop across memristor 3 to be adjusted very precisely. By using a source-follower transistor circuit as the active element, the current across memristor 3 can be easily detected. The circuit can be used for so-called "tile operations" such as vector multiplication in memory calculations. The circuit can be part of a matrix structure without requiring extensive wiring.

Die Figur 2 verdeutlicht, dass ohne großen Verdrahtungsaufwand eine spaltenweise Erweiterung möglich ist. Der Schaltkreis umfasst wie in der Figur 1 einen Digital-Analog- Wandler 1 und einen Operationsverstärker 2. Im Unterschied zu dem Schaltkreis aus der Figur 1 sind zwei Memristoren und zwei Transistoren vorhanden. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers 1 ist wie im Fall der Figur 1 über eine elektrische Leiterbahn mit dem einen ersten „+“ - Eingang des Operationsverstärkers 2 verbunden. Der andere zweite - Eingang des Operationsverstärkers 2 ist elektrisch mit einem ersten Anschluss der zwei Memristoren 3 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 2 ist mit einem jeden Gate-Anschluss der beiden Transistoren 4 elektrisch verbunden. Ein jeder Drain-Anschluss der beiden Transistoren 4 ist dem - Eingang des Operationsverstärkers 2 und mit dem zugehörigen ersten elektrischen Anschluss eines jeden Memristors 3 elektrisch verbunden. Der Source-Anschluss eines jeden Transistors 4 ist an eine Ausleseeinrichtung 5 angeschlossen. Der zweite elektrische Anschluss eines jeden Memristors 3 ist geerdet. Figure 2 illustrates that column-by-column expansion is possible without major wiring effort. As in Figure 1, the circuit comprises a digital-to-analog converter 1 and an operational amplifier 2. In contrast to the circuit in Figure 1, two memristors and two transistors are present. As in the case of Figure 1, the output of the digital-to-analog converter 1 is connected via an electrical conductor to the first "+" input of the operational amplifier 2. The other second - input of the operational amplifier 2 is electrically connected to a first terminal of the two memristors 3. The output of the operational amplifier 2 is electrically connected to each gate terminal of the two transistors 4. Each drain terminal of the two transistors 4 is electrically connected to the - input of the operational amplifier 2 and to the corresponding first electrical terminal of each memristor 3. The source terminal of each transistor 4 is connected to a readout device 5. The second electrical terminal of each memristor 3 is grounded.

Um den Verdrahtungsaufwand gering halten zu können, können der Digital-Analog- Wandler 1 und der Operationsverstärker 2, wie in der Figur 2 gezeigt, hintereinander angeordnet sein. Die Memristoren 3 können, wie in der Figur 2 gezeigt, in einer ersten Ebene oberhalb von Digital-Analog-Wandler 1 und Operationsverstärker 2 angeordnet sein. Die Transistoren 4 können in einer zweiten Ebene, wie in der Figur 2 gezeigt, oberhalb der Memristoren 3 angeordnet sein. Die T ransistoren 4 können, wie in der Figur 2 gezeigt, seitlich versetzt von den Memristoren 3 angeordnet sein. Eine solche Anordnung ermöglicht eine spaltenweise Anordnung von zusätzlichen Memristoren 3 und zusätzlichen Transistoren 4 mit geringem Verdrahtungsaufwand. Es können weitere Spalten hinzugefügt werden, die jeweils einen Memristor 3 und einer Transistor 4 hinzufügen. In order to keep the wiring effort to a minimum, the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2 can be arranged one behind the other, as shown in Figure 2. The memristors 3 can be arranged in a first level above the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2, as shown in Figure 2. The transistors 4 can be arranged in a second level, as shown in Figure 2, above the memristors 3. The transistors 4 can be arranged laterally offset from the memristors 3, as shown in Figure 2. Such an arrangement enables a column-wise arrangement of additional memristors 3 and additional transistors 4 with little wiring effort. Further columns can be added, each adding a memristor 3 and a transistor 4.

Jede Spalte kann eine Ausleseeinrichtung 5 umfassen, um das erzeugte Signal in digitalisierter Form weiter verarbeiten zu können. Die Ausleseeinrichtungen 5 können in einer anderen, dritten Ebene angeordnet sein, die sich beispielsweise, wie in der Figur 2 gezeigt, oberhalb der Transistoren 4 befinden kann. Die dritte Ebene kann sich aber auch beispielsweise am unteren Rand des Schaltkreises befinden, also beispielsweise unterhalb von Digital-Analog-Wandler 1 und der Operationsverstärker 2. Each column may comprise a readout device 5 to further process the generated signal in digital form. The readout devices 5 may be another, third level, which can be located, for example, above the transistors 4, as shown in Figure 2. However, the third level can also be located, for example, at the lower edge of the circuit, for example, below the digital-to-analog converter 1 and the operational amplifier 2.

Mit einem solchen Schaltkreis können Multiplikationen parallel durchgeführt und ausgelesen werden. With such a circuit, multiplications can be performed and read out in parallel.

Die Figur 3 zeigt, dass den Spalten aus der Figur 2 Zeilen für Additionsaufgaben hinzugefügt werden können, ohne dafür einen großen Verdrahtungsaufwand betreiben zu müssen. Eine jede Zeile ist so aufgebaut, wie dies in der Figur 2 gezeigt wird. Die Transistoren 4 einer Spalte, also die untereinander angeordneten Transistoren 4, sind aber jeweils nur mit einer Ausleseeinrichtung 5 verbunden. Für jede Spalte kann nur eine Ausleseeinrichtung 5 für ein Auslesen vorhanden sein. Es werden die elektrischen Ströme addiert und ausgelesen, die durch zwei untereinander angeordnete Transistoren 4 fließen. Der Strom, der durch einen Transistor fließt, ist das Ergebnis einer Multiplikation, die aus der Spannung eines Digital - Analog -Wandlers 1 und einem Wert eines Memristors 3 resultiert. Figure 3 shows that rows for addition tasks can be added to the columns in Figure 2 without requiring a great deal of wiring. Each row is constructed as shown in Figure 2. The transistors 4 in a column, i.e. the transistors 4 arranged one below the other, are each connected to only one readout device 5. Only one readout device 5 can be present for each column. The electrical currents flowing through two transistors 4 arranged one below the other are added together and read out. The current flowing through a transistor is the result of a multiplication resulting from the voltage of a digital-to-analog converter 1 and a value of a memristor 3.

Es können mit dieser Matrixstruktur spaltenweise Rechenoperationen wie Vektormultiplikation und/oder Vektoraddition energieeffizient ausgeführt werden. With this matrix structure, column-wise arithmetic operations such as vector multiplication and/or vector addition can be performed in an energy-efficient manner.

In der Figur 4 wird ein Schaltkreis gezeigt, der eine Reset - Einrichtung umfasst, mit der der Memristor 3 zurückgesetzt werden kann. Der zweite Ausgang des Memristors 3 ist mit dem Drain - Anschluss eines weiteren Transistors 8 verbunden. Ist der Schalter 9, wie in der Figur 4 gezeigt, geschlossen, dann wird der Transistor 8 über die Leiterbahn 10 niederohmig geschaltet. Es fließt dann der elektrische Strom durch den Memristor 3 und den Transistor 8 hindurch über den dann geschlossenen Schalter 11 zur Erde 6. Die Schalter 12, 13, 14, 15 und 16 sind dann geöffnet, wie dies in der Figur 4 gezeigt wird. Die Schalter 17, 18 und 19 sind dann geschlossen, wie dies in der Figur 4 gezeigt wird. Der in der Figur 4 gezeigte Schaltkreis arbeitet dann in gleicher Weise wie der in der Figur 1 gezeigte Schaltkreis. Für ein Zurücksetzen des Memristors 3 werden die Schalter 12, 13, 14, 15 und 16 geschlossen. Die Schalter 17, 18 und 19 werden geöffnet. Das Öffnen und Schließen der Schalter 12 bis 19 erfolgt über Leiterbahnen 20. Figure 4 shows a circuit which includes a reset device with which the memristor 3 can be reset. The second output of the memristor 3 is connected to the drain terminal of another transistor 8. If the switch 9 is closed, as shown in Figure 4, the transistor 8 is switched to low resistance via the conductor track 10. The electrical current then flows through the memristor 3 and the transistor 8 via the then closed switch 11 to ground 6. The switches 12, 13, 14, 15 and 16 are then open, as shown in Figure 4. The switches 17, 18 and 19 are then closed, as shown in Figure 4. The circuit shown in Figure 4 then operates in the same way as the circuit shown in Figure 1. To reset memristor 3, switches 12, 13, 14, 15, and 16 are closed. Switches 17, 18, and 19 are opened. Switches 12 to 19 are opened and closed via conductor tracks 20.

Durch das Schließen des Schalters 13 wird der Source - Anschluss des Transistors 4 mit der Erde 21 verbunden. Durch das Schließen des Schalters 16 wird der Gate - Anschluss des Transistors 4 mit der Leiterbahn 22 verbunden. Dadurch wird der Transistor 4 niederohmig geschaltet. Durch das Öffnen des Schalters 19 wird der SourceBy closing the switch 13, the source terminal of the transistor 4 is connected to the ground 21. By closing the switch 16, the gate terminal of the transistor 4 is connected to the conductor track 22. This Transistor 4 is switched to low resistance. By opening switch 19, the source

- Anschluss des Transistors 4 von der Stromquelle getrennt. Durch das Öffnen des Schalters 18 wird der Gate - Anschluss des Transistors 4 von dem Ausgang des Operationsverstärkers 2 getrennt. Durch das Öffnen des Schalters 17 wird der Drain - Anschluss des Transistors 4 von dem - Ausgang des Operationsverstärkers 2 getrennt. The gate terminal of transistor 4 is disconnected from the power source. Opening switch 18 disconnects the gate terminal of transistor 4 from the output of operational amplifier 2. Opening switch 17 disconnects the drain terminal of transistor 4 from the output of operational amplifier 2.

Durch das Öffnen des Schalters 11 wird der Source - Anschluss des weiteren Transistors 8 von der Erde 6 getrennt. Durch das Schließen des Schalters 12 wird der Source - Anschluss des weiteren Transistors 8 mit einer Stromquelle 23 verbunden. Durch das Öffnen des Schalters 9 wird der Gate - Anschluss des weiteren Transistors 8 von der Leiterbahn 10 getrennt. Dadurch wird die niederohmige Schaltung des weiteren Transistors 8 aufgehoben. Durch das Schließen des Schalters 14 wird der GateBy opening switch 11, the source terminal of the additional transistor 8 is separated from ground 6. By closing switch 12, the source terminal of the additional transistor 8 is connected to a current source 23. By opening switch 9, the gate terminal of the additional transistor 8 is separated from the conductor track 10. This removes the low-resistance circuit of the additional transistor 8. By closing switch 14, the gate

- Anschluss des weiteren Transistors 8 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 2 verbunden. Durch das Schließen des Schalters 15 wird der Drain - Anschluss des weiteren Transistors 8 mit dem einen Eingang des Operationsverstärkers 2 verbunden. - Connection of the further transistor 8 is connected to the output of the operational amplifier 2. By closing the switch 15, the drain connection of the further transistor 8 is connected to one input of the operational amplifier 2.

Es kann nun ein Strom in umgekehrter Richtung durch den Memristor 3 fließen. Dadurch wird der Memristor 3 zurückgesetzt. Der ordnungsgemäße Betrieb des Schaltkreises kann durch ein solches Zurücksetzen verbessert sichergestellt werden. A current can now flow in the reverse direction through memristor 3. This resets memristor 3. Proper operation of the circuit can be better ensured by such a reset.

Wie im Fall der Figur 1 ist nach wie vor eine Matrixstruktur möglich, ohne dafür einen großen Verdrahtungsaufwand betreiben zu müssen. As in the case of Figure 1, a matrix structure is still possible without requiring a great deal of wiring effort.

In der Figur 5 wird ein Beispiel für eine Ausleseeinrichtung 5 gezeigt. Die Ausleseeinrichtung 5 umfasst einen Analog-Digital-Wandler 24. Der Analog-Digital- Wandler 24 kann eine Track-and-Hold-Schaltung aufweisen, die sich zwischen einem Transistor 27 und dem Analog-Digital-Wandler 24 befinden kann. Die Ausleseeinrichtung kann Stromquellen 25 aufweisen, die binär gewichtet sein können (aufgrund SAR Algorithmus). Der Analog-Digital-Wandler 24 kann einen Komparator 26 aufweisen. Zunächst kann beispielsweise das MSB („most signifkant bit“) durch Schalten eines ersten Schalters 25 mithilfe des Komparators 26 ermittelt werden. Mithilfe eines geeignet ausgewählten zweiten Schalters 25 kann im Anschluss ein nächstes Bit mithilfe des Komparators ermittelt werden usw.. Die Ausleseeinrichtung 5 kann den Transistor 27 aufweisen. Die Ausleseeinrichtung 5 kann eine Stromquelle 28 aufweisen. Die Stromquelle 28 kann mit Erde 29 verbunden sein. Figure 5 shows an example of a readout device 5. The readout device 5 comprises an analog-to-digital converter 24. The analog-to-digital converter 24 can have a track-and-hold circuit that can be located between a transistor 27 and the analog-to-digital converter 24. The readout device can have current sources 25 that can be binary weighted (due to the SAR algorithm). The analog-to-digital converter 24 can have a comparator 26. First, for example, the MSB (“most significant bit”) can be determined by switching a first switch 25 with the aid of the comparator 26. Using a suitably selected second switch 25, a next bit can then be determined with the aid of the comparator, etc. The readout device 5 can have the transistor 27. The readout device 5 can have a current source 28. The current source 28 can be connected to ground 29.

Für die Digitalisierung des Ausgangssignals kann ein konstant großer Strom in Richtung Erde 29 fließen, der aus dem Strom des Ausgangssignals und einem vom Analog- Digital-Wandler 24 kommenden Strom zusammengesetzt sein kann. Die Stromquelle 28 kann einen Transistor zur Einstellung eines konstant großen Stroms umfassen. Die Stromquelle 28 kann eine veränderbare Stromquelle sein, um den konstant großen Strom einstellen zu können. Der vom Analog-Digital-Wandler 24 kommende Strom kann durch den ersten Transistor 27 der Ausleseeinrichtung 5 hindurchfließen. Der Drain- Anschluss des ersten T ransistors 27 kann mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers 24 verbunden sein. Der erste Transistor 27 kann ein PMOSFET sein. An dem Gate- Anschluss des Transistors 27 kann eine Referenzspannung Vref anliegen. For the digitization of the output signal, a constant large current can flow towards earth 29, which consists of the current of the output signal and a The current coming from the analog-to-digital converter 24 can be composed of a current source 28. The current source 28 can comprise a transistor for setting a constant current. The current source 28 can be a variable current source in order to be able to set the constant current. The current coming from the analog-to-digital converter 24 can flow through the first transistor 27 of the readout device 5. The drain terminal of the first transistor 27 can be connected to the input of the analog-to-digital converter 24. The first transistor 27 can be a PMOSFET. A reference voltage V ref can be applied to the gate terminal of the transistor 27.

Das Ausgangssignal wird über den elektrischen Leiter 7 in die Ausleseeinrichtung 5 eingespeist und digitalisiert. The output signal is fed into the readout device 5 via the electrical conductor 7 and digitized.

In der Figur 6 wird ein Beispiel skizziert, mit welcher Auflösung IRES ein DAC ein Stromsignal S auflösen kann. Im gezeigten Beispielsfall kann der ADC ein Signal S mit 16 Schritten auflösen. Der Bereich, der aufgelöst werden kann, liegt zwischen der Stromstärke 0 und der Stromstärke IREF. Figure 6 shows an example of the resolution IRES with which a DAC can resolve a current signal S. In the example shown, the ADC can resolve a signal S with 16 steps. The range that can be resolved lies between the current strength 0 and the current strength I RE F.

In der Figur 7 wird gezeigt, dass der externe DAC nur Ströme erzeugen kann, die im Bereich loAc-ext liegen. Es wird nun die Linearität des ADCs an diesen Bereich loAc-ext angepasst, wie dies in der Figur 8 gezeigt wird. Dadurch ist es möglich, die Auflösung für die Signale S zu verbessern, die vom externen DAC erzeugt werden können. Die Anpassung der Linearität erolgt, indem der kleinste Referenzstrom des ADCs auf IREF-IO angehoben und/oder der größte Referenzstrom des ADCs auf IREF-N gesenkt wird. Figure 7 shows that the external DAC can only generate currents within the loAc-ext range. The linearity of the ADC is now adjusted to this loAc-ext range, as shown in Figure 8. This makes it possible to improve the resolution for the signals S that can be generated by the external DAC. The linearity adjustment is achieved by increasing the smallest reference current of the ADC to IREF-IO and/or decreasing the largest reference current of the ADC to IREF-N.

Claims

Ansprüche Claims 1. Verfahren mit einem Rechengerät, das einen Schaltkreis umfasst, wobei der Schaltkreis einen ohmschen Widerstand (3) aufweist, wobei das Rechengerät einen Analog-Digital-Wandler (24) umfasst, der ein durch den Schaltkreis erzeugtes Ausgangssignal in einen digitalen Wert umwandeln kann, mit den Schritten: das kleinstmögliche und das größtmögliche Ausgangssignal des Schaltkreises wird ermittelt, der Analog-Digital-Wandler wird an den kleinstmöglichen und den größtmöglichen Ausgangswert angepasst. 1. Method with a computing device which comprises a circuit, the circuit having an ohmic resistor (3), the computing device comprising an analog-digital converter (24) which can convert an output signal generated by the circuit into a digital value, with the steps: the smallest possible and the largest possible output signal of the circuit is determined, the analog-digital converter is adapted to the smallest possible and the largest possible output value. 2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand ein Memristor (3) ist. 2. Method according to the preceding claim, characterized in that the ohmic resistor is a memristor (3). 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangssignal für den Schaltkreis eine elektrische Spannung vorgesehen ist und zur Ermittlung des kleinstmöglichen Ausgangswerts eine kleinstmögliche Spannung an den Schaltkreis angelegt wird und zur Ermittlung des größtmöglichen Ausgangswerts eine größtmögliche Spannung an den Schaltkreis angelegt wird. 3. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical voltage is provided as the input signal for the circuit and a smallest possible voltage is applied to the circuit to determine the smallest possible output value and a largest possible voltage is applied to the circuit to determine the largest possible output value. 4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangssignal durch einen Digital-Analog-Wandler (1) erzeugt wird und dass die kleinstmögliche Spannung die kleinste Spannung ist, die durch den Digital-Analog-Wandler (1) erzeugt werden kann und dass die größtmögliche Spannung die größte Spannung ist, die durch den Digital-Analog-Wandler (1) erzeugt werden kann. 4. Method according to the preceding claim, characterized in that the input signal is generated by a digital-to-analog converter (1) and that the smallest possible voltage is the smallest voltage that can be generated by the digital-to-analog converter (1) and that the largest possible voltage is the largest voltage that can be generated by the digital-to-analog converter (1). 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearität des Analog-Digital-Wandlers (24) an den kleinstmöglichen und den größtmöglichen Ausgangswert angepasst wird. 5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the linearity of the analog-digital converter (24) is adapted to the smallest possible and the largest possible output value. 6. Rechengerät für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schaltkreis, der einen ohmschen Widerstand (3) aufweist, wobei das Rechengerät einen Analog-Digital-Wandler (24) umfasst, der ein durch den Schaltkreis erzeugtes Ausgangssignal in einen digitalen Wert umwandeln kann, wobei der Analog-Digital-Wandler (24) an das kleinstmögliche und an das größtmögliche Ausgangssignal des Schaltkreises angepasst ist oder an das kleinstmögliche und an das größtmögliche Ausgangssignal des Schaltkreises anpassbar ist. 6. A computing device for a method according to any one of the preceding claims, comprising a circuit having an ohmic resistor (3), the computing device comprising an analog-to-digital converter (24) capable of converting an output signal generated by the circuit into a digital value, wherein the analog-to-digital converter (24) is adapted to the smallest possible and the largest possible output signal of the circuit or is adaptable to the smallest possible and the largest possible output signal of the circuit. 7. Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearität des Analog-Digital-Wandlers (24) einstellbar ist. 7. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the linearity of the analog-digital converter (24) is adjustable. 8. Rechengerät nach einem der zwei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Analog-Digital-Wandler (24) Teil einer Ausleseeinrichtung (5) ist, die so eingerichtet ist, dass ein konstant großer Strom fließen kann, der aus dem Strom des Ausgangssignals und einem vom Analog- Digital-Wandler kommenden Strom zusammengesetzt ist. 8. A computing device according to one of the two preceding claims, characterized in that the analog-digital converter (24) is part of a readout device (5) which is arranged so that a constant current can flow which is composed of the current of the output signal and a current coming from the analog-digital converter. 9. Rechengerät nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis einen Transistor aufweist und der Schaltkreis so eingerichtet ist, dass eine von einem Digital-Analog-Wandler (24) des Rechengeräts an den Schaltkreis angelegte Spannung durch den Transistor mit einem Wert des ohmschen Widerstands multipliziert wird. 9. A computing device according to one of the three preceding claims, characterized in that the circuit comprises a transistor and the circuit is arranged such that a voltage applied to the circuit by a digital-to-analog converter (24) of the computing device is multiplied by the transistor by a value of the ohmic resistance. 10. Rechengerät nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis eine Referenzspannungsquelle (1), einem Operationsverstärker (2), einen Memristor (3) und einen Transistor (4) umfasst, wobei die Eingänge (+, -) des Operationsverstärkers (2) so mit der Referenzspannungsquelle (1) und dem Transistor (4) verbunden sind, dass der Operationsverstärker (2) eine Spannungsdifferenz zwischen einer durch den Transistor (4) bereitgestellten Spannung und einer durch die Referenzspannungsquelle (1) bereitgestellten Spannung verstärken kann, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (2) so mit dem Transistor (4) verbunden ist, dass durch den Operationsverstärker (2) der elektrische Widerstand des Transistors (4) gesteuert werden kann, wobei der Memristor (3) so mit dem Transistor (4) verbunden ist, dass die vom Transistor (4) bereitgestellte Spannung am Memristor (3) abfällt. 10. A computing device according to one of the four preceding claims, characterized in that the circuit comprises a reference voltage source (1), an operational amplifier (2), a memristor (3) and a transistor (4), wherein the inputs (+, -) of the operational amplifier (2) are connected to the reference voltage source (1) and the transistor (4) in such a way that the operational amplifier (2) can amplify a voltage difference between a voltage provided by the transistor (4) and a voltage provided by the reference voltage source (1), wherein the output of the operational amplifier (2) is connected to the transistor (4) in such a way that the electrical resistance of the transistor (4) can be controlled by the operational amplifier (2), wherein the memristor (3) is connected to the transistor (4) in such a way that the voltage provided by the transistor (4) drops across the memristor (3). 11 . Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung, die durch die Referenzspannungsquelle (1) bereitgestellt werden kann, einstellbar ist. 11. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the voltage that can be provided by the reference voltage source (1) is adjustable. 12. Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzspannungsquelle (1) ein Digital-Analog-Wandler ist. 12. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the reference voltage source (1) is a digital-to-analog converter. 13. Rechengerät nach einem der vorhergehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (4) ein Feldeffekttransistor (4) ist, wobei der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors (4) mit einem Eingang des Operationsverstärkers (2) elektrisch leitend verbunden ist und ein Anschluss des Memristors (3) mit dem Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors (4) elektrisch leitend verbunden ist und der Ausgang des Operationsverstärkers (2) mit dem Gate-Anschluss des Feldeffekttransistors (4) elektrisch leitend verbunden ist. 13. A computing device according to one of the preceding claims, characterized in that the transistor (4) is a field-effect transistor (4), wherein the drain terminal of the field-effect transistor (4) is electrically conductively connected to an input of the operational amplifier (2) and a terminal of the memristor (3) is electrically conductively connected to the drain terminal of the field-effect transistor (4) and the output of the operational amplifier (2) is electrically conductively connected to the gate terminal of the field-effect transistor (4). 14. Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor (4) ein NMOS ist. 14. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the field-effect transistor (4) is an NMOS. 15. Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Drain-Anschluss des Feldeffekttransistors (4) mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (2) verbunden ist. 15. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the drain terminal of the field-effect transistor (4) is connected to the inverting input of the operational amplifier (2). 16. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss des Memristors (3) mit Erde (6) verbunden ist oder durch einen Schalter (11) mit Erde (6) verbunden werden kann. 16. A computing device according to any one of the preceding claims, characterized in that the second terminal of the memristor (3) is connected to earth (6) or can be connected to earth (6) by a switch (11). 17. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Memristor (3) und ein weiterer Transistor (4) vorhanden sind, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (2) mit dem Gate- Anschluss des weiteren Transistors (4) elektrisch verbunden ist, der Drain- Anschluss des weiteren Transistors (4) mit dem einem Eingang des Operationsverstärkers (2) verbunden ist und ein erster elektrischer Anschluss des weiteren Memristors (3) elektrisch mit dem Drain - Anschluss des weiteren Transistors (4) verbunden ist. 17. A computing device according to one of the preceding claims, characterized in that a further memristor (3) and a further transistor (4) are present, wherein the output of the operational amplifier (2) is electrically connected to the gate terminal of the further transistor (4), the drain terminal of the further transistor (4) is connected to one input of the operational amplifier (2) and a first electrical terminal of the further memristor (3) is electrically connected to the drain terminal of the further transistor (4). 18. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Referenzspannungsquelle (1), ein weiterer Operationsverstärker (2), ein weiterer Memristor (3) und ein weiterer Transistor (4) vorhanden sind, wobei die Eingänge (+, -) des weiteren Operationsverstärkers (2) so mit der weiteren Referenzspannungsquelle (1) und dem weiteren Transistor (4) verbunden sind, dass der weitere18. A computing device according to one of the preceding claims, characterized in that a further reference voltage source (1), a further operational amplifier (2), a further memristor (3) and a further transistor (4) are present, wherein the inputs (+, -) of the further operational amplifier (2) are connected to the further reference voltage source (1) and the further transistor (4) in such a way that the further Operationsverstärker (2) eine Spannungsdifferenz zwischen einer durch den weiteren Transistor (4) bereitgestellten Spannung und einer durch die weitere Referenzspannungsquelle (1) bereitgestellte Spannung verstärken kann, wobei der Ausgang des weiteren Operationsverstärkers (2) so mit dem weiteren Transistor (4) verbunden ist, dass durch den weiteren Operationsverstärker (2) der elektrische Widerstand des weiteren Transistors (4) gesteuert werden kann, wobei ein erster Anschluss des weiteren Memristors (3) so mit dem weiteren Transistor (4) verbunden ist, dass die vom weiteren Transistor (4) bereitgestellte Spannung am weiteren Memristor (3) abfällt, wobei eine Ausleseeinrichtung (5) vorhanden ist, mit der ein Strom ausgelesen werden kann, der durch den Transistors (4) und den weiteren Transistor (4) fließt. Operational amplifier (2) can amplify a voltage difference between a voltage provided by the further transistor (4) and a voltage provided by the further reference voltage source (1), wherein the output of the further operational amplifier (2) is connected to the further transistor (4) in such a way that the electrical resistance of the further transistor (4) can be controlled by the further operational amplifier (2), wherein a first terminal of the further memristor (3) is connected to the further transistor (4) in such a way that the voltage provided by the further transistor (4) drops across the further memristor (3), wherein a readout device (5) is provided with which a current flowing through the transistor (4) and the further transistor (4) can be read out. 19. Rechengerät nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor ein Feldeffekttransistor ist und die Ausleseeinrichtung so eingerichtet ist, dass der Strom gemessen und damit ausgelesen wird, der vom Source - Anschluss zum Drain - Anschluss der T ransistoren (4) fließt. 19. A computing device according to the preceding claim, characterized in that the transistor is a field-effect transistor and the readout device is arranged such that the current flowing from the source terminal to the drain terminal of the transistors (4) is measured and thus read out. 20. Rechengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Memristoren (3) des Schaltkreises in einer ersten Ebene angeordnet sind, zwei Transistoren (4) in einer anderen Ebene oberhalb der ersten Ebene angeordnet sind und die Transistoren (4) seitlich versetzt von den Memristoren (3) angeordnet sind. 20. A computing device according to one of the preceding claims, characterized in that two memristors (3) of the circuit are arranged in a first level, two transistors (4) are arranged in another level above the first level, and the transistors (4) are arranged laterally offset from the memristors (3).
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11436478B2 (en) * 2019-05-22 2022-09-06 Ememory Technology Inc. Control circuit for multiply accumulate circuit of neural network system
CN115913239A (en) * 2022-12-27 2023-04-04 清华大学 Analog-to-digital conversion circuit, electronic device and method of operation
US20230113627A1 (en) * 2021-10-07 2023-04-13 SK Hynix Inc. Electronic device and method of operating the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111630527B (en) 2017-11-14 2024-12-31 技术研发基金会有限公司 Analog-to-digital converters using memory in neural networks

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11436478B2 (en) * 2019-05-22 2022-09-06 Ememory Technology Inc. Control circuit for multiply accumulate circuit of neural network system
US20230113627A1 (en) * 2021-10-07 2023-04-13 SK Hynix Inc. Electronic device and method of operating the same
CN115913239A (en) * 2022-12-27 2023-04-04 清华大学 Analog-to-digital conversion circuit, electronic device and method of operation

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "Resistive random-access memory - Wikipedia", 1 August 2023 (2023-08-01), pages 1 - 16, XP093208445, Retrieved from the Internet <URL:https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Resistive_random-access_memory&oldid=1168188717> [retrieved on 20240925] *
XIAO T PATRICK ET AL: "On the Accuracy of Analog Neural Network Inference Accelerators [Feature]", IEEE CIRCUITS AND SYSTEMS MAGAZINE, vol. 22, no. 4, 16 January 2023 (2023-01-16), pages 26 - 48, XP011932311, ISSN: 1531-636X, [retrieved on 20230116], DOI: 10.1109/MCAS.2022.3214409 *

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